[發明專利]一種交流輸電線路交叉跨越區域電磁場強度預測方法

在審

• 申請號: 202211541902.7
• 申請日: 2022-12-03
• 公開（公告）號: CN115825588A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 趙孟皕;陳晨;張茜茹;李猛;閻曉峰
• 申請（專利權）人: 國網遼寧省電力有限公司錦州供電公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G06F30/27;G06N3/0464;G06F111/10
• 代理公司: 錦州遼西專利事務所(普通合伙) 21225
• 代理人: 王佳佳

一種交流輸電線路交叉跨越區域電磁場強度預測方法，其步驟包括：構建輸電線路交叉跨越區域的三維電磁場數值計算模型；基于模擬電荷法，畢奧—薩瓦定律和坐標變換法通過數值計算方法計算殘差神經網絡預測所需的原始疊加電磁場數據；通過歸一化公式對原始電磁場數據進行預處理；使用XGBoost算法優化模型結構，篩選并構造輸入特征向量集；將提取的特征向量連接到具有全連接隱藏層的神經網絡，訓練殘差神經網絡預測模型，輸出電磁場預測結果。本發明通過使用殘差神經網絡進行預測大大降低了交流線路交叉跨越區域電磁場計算的計算時間和建模的復雜度，提高了計算精度。

技術領域

本發明屬于電磁兼容領域，特別是涉及一種交流輸電線路交叉跨越區域電磁場強度預測方法。

背景技術

高壓輸電線路地面工頻電場和磁場強度是確定線路最最小對地高度，劃定線路走廊寬度的重要依據。隨著公眾環保意識的加強，考慮到其對周圍環境影響，要求該線路的電磁環境參數不能超過標準限值。因此目前對導線工頻電磁場的計算越發具有重要意義。

目前計算導線工頻電場的方法有很多，常用的包括鏡像法、矩量法、模擬電荷法、有限元法、表面電荷法等；工頻磁場大多采用安培定理、畢奧—薩瓦定律以及模擬電流法計算。以上方法計算場強時均采用二維計算模型，將導線視為與地面平行的無限長直導線，導線對地高度取最小對地高度。

實踐表明，對于普通高壓輸電導線二維計算結果一般誤差較小，能夠滿足工程要求。但是如果有兩條輸電線路互相交叉，則兩線路均會對地面形成影響，在輸電線路下方的三維空間內就存在三維電磁場，地面上呈現的電磁場強度也不是簡單的二維電磁場的疊加。二維簡化模型誤差較大，難以滿足工程要求。超、特高壓輸電線路設計時，可能會遇到跨越較低電壓等級送電線路的情況，對于交叉跨越導線產生的工頻電磁場，必須建立三維模型計算求解。

此外，基于數值計算方法分析大規模的電磁場問題時，計算規模大，計算速度緩慢，并且效率低。模型的建立也十分復雜，因此需要一種可以大大降低交流輸電線路交叉區域電磁場計算時間，建模復雜度，提高計算精度的新方法。

發明內容

為了解決上述存在的技術問題，本發明提供一種交流輸電線路交叉跨越區域電磁場強度智能預測方法，可降低了交流線路交叉跨越區域電磁場計算的計算時間和建模的復雜度效率，計算精度高。

本發明采用的技術方案如下：

一種交流輸電線路交叉跨越區域電磁場強度預測方法，其具體步驟如下：

步驟1、取導線在地面的投影為x軸，沿地面垂直于x軸并通過檔距中央為y軸；垂直于地面并通過x軸和y軸交點為z軸，建立交叉跨越輸電線路三維工頻電磁場計算模型，利用懸列線方程修正z軸坐標；

步驟2、基于模擬電荷法，畢奧—薩瓦定律和坐標變換法通過數值計算方法計算殘差神經網絡預測所需的原始疊加電磁場數據；

步驟3、通過歸一化公式對原始電磁場數據進行預處理；

步驟4、使用XGBoost算法優化模型結構，篩選并構造輸入特征向量集；

步驟5、構建基于殘差神經網絡的電磁場預測模型，包括輸入層，輸出層及殘差模塊。

進一步地，所述步驟1建立交叉跨越輸電線路三維工頻電磁場計算模型包括：

步驟1.1、建立坐標系

令兩導線互相垂直(α＝90°)且在中間位置交叉，以交叉跨越點在地面的投影為原點；取被跨越導線L₂的一個檔距，當導線兩頭的對地高度相同時，取導線在地面的投影為x軸，沿地面垂直于x軸并通過檔距中央為y軸；垂直于地面并通過x軸和y軸交點為z軸；

步驟1.2、當輸電線懸掛兩端點等高、離地高度均為H時，架空導線的最大弧垂出現在檔距中央；根據架空輸電線的周期性懸鏈線方程考慮導線弧垂，可將z軸坐標表示為：